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一、线程的安全问题
- 多线程出现安全问题的原因：
当多条语句在操作同一个线程共享数据时，一个线程对多条语句只执行了一部分，还没有执行完，另一个线程参与进来执行。导致共享数据的错误。 - 线程安全问题的解决办法：
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。
二、Synchronized的使用方法
- Java对于多线程的安全问题提供了专业的解决方式：同步机制
* 同步的方式，解决了线程的安全问题。--->好处
* 操作同步代码时，只能有一个线程参与，其他线程等待。相当于是一个单线程的过程，效率低。--->局限性
1）同步代码块
* 方式一：同步代码块
* synchronized(同步监视器){
* //需要被同步的代码
* }
* 说明：
* 1.操作共享数据的代码，即为需要被同步的代码。--->不能包含代码多了，也不能包含代码少了
* 2.共享数据：多个线程共同操作的变量。比如：ticket就是共享数据。
* 3.同步监视器，俗称：锁。任何一个类的对象都可以充当锁。
* 要求：多个线程必须要共用同一把锁。
* <p>
* 补充：在实现Runnable接口创建多线程的方式中，我们可以考虑使用this充当同步监视器。
同步代码块处理实现 Runnable 的线程安全问题
class Window1 implements Runnable {
private int ticket = 100;
// Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
//此时的this：唯一的Window1的对象
synchronized (this) {//方式二：synchronized (obj) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为:" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest1 {
public static void main(String[] args) {
Window1 w = new Window1();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
同步代码块处理继承 Thread 类的线程安全问题
说明：在继承Thread类创建多线程的方式中，慎用this充当同步监视器，考虑使用当前类充当同步监视器。
class Window2 extends Thread {
private static int ticket = 100;
private static Object obj = new Object();
@Override
public void run() {
while (true) {
//正确的
// synchronized (obj) {
synchronized (Window2.class) {//Class clazz = Window2.class
//错误的方式：this代表着t1,t2,t3三个对象
//synchronized (this) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(getName() + ":卖票，票号为:" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
}
}
}
}
public class WindowTest2 {
public static void main(String[] args) {
Window2 t1 = new Window2();
Window2 t2 = new Window2();
Window2 t3 = new Window2();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
2）同步方法
* 方式二：同步方法
* public synchronized void show (String name){ }
* 如果操作共享数据的代码完整的声明在一个方法中，我们不妨将此方法声明为同步的。
* 关于同步方法的总结：
* 1. 同步方法仍然涉及到同步监视器，只是不需要我们显示的声明。
* 2. 非静态的同步方法，同步监视器是：this
* 静态的同步方法，同步监视器是：当前类本身
同步方法处理实现 Runnable 的线程安全问题
class Window3 implements Runnable {
private int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private synchronized void show() {//同步监视器：this
// synchronized (this) {
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为:" + ticket);
ticket--;
}
// }
}
}
public class WindowTest3 {
public static void main(String[] args) {
Window3 w = new Window3();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
同步方法处理继承 Thread 类的线程安全问题
class Window4 extends Thread {
private static int ticket = 100;
@Override
public void run() {
while (true) {
show();
}
}
private static synchronized void show() {//同步监视器：Window4.class
// private synchronized void show() {//同步监视器：t1,t2,t3。此种解决方式是错误的。
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":卖票，票号为:" + ticket);
ticket--;
}
}
}
public class WindowTest4 {
public static void main(String[] args) {
Window4 t1 = new Window4();
Window4 t2 = new Window4();
Window4 t3 = new Window4();
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
三、同步机制中的锁
- 同步锁机制
对于并发工作，你需要某种方式来防止两个任务访问相同的资源（其实就是共享资源竞争）。 防止这种冲突的方法就是当资源被一个任务使用时，在其上加锁。第一个访问某项资源的任务必须锁定这项资源，使其他任务在其被解锁之前，就无法访问它了，而在其被解锁之时，另一个任务就可以锁定并使用它了。 - synchronized的锁是什么？
①任意对象都可以作为同步锁。所有对象都自动含有单一的锁（同步监视器）
②同步方法的锁：静态方法（类名.class）、非静态方法（this）
③同步代码块：自己指定，很多时候也是指定为this或类名.class - 注意点
①必须确保使用同一个资源的多个线程共用一把锁，这个非常重要，否则就无法保证共享资源的安全
②一个线程类中的所有静态方法共用同一把锁（类名.class），所有非静态方法共用同一把锁（this），同步代码块（指定需谨慎）
四、同步的范围
- 如何找问题，即代码是否存在线程安全？（非常重要）
①明确哪些代码是多线程运行的代码
②明确多个线程是否有共享数据
③明确多线程运行代码中是否有多条语句操作共享数据 - 如何解决呢？（非常重要）
对多条操作共享数据的语句，只能让一个线程都执行完，在执行过程中，其他线程不可以参与执行。即所有操作共享数据的这些语句都要放在同步范围中 - 切记点
①范围太小：没锁住所有有安全问题的代码。
②范围太大：没发挥多线程的功能。
五、释放锁的操作
- 当前线程的同步方法、同步代码块执行结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中遇到break、return终止了该代码块、该方法的继续执行。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中出现了未处理的Error或Exception，导致异常结束。
- 当前线程在同步代码块、同步方法中执行了线程对象的wait()方法，当前线程暂停，并释放锁。
六、不会释放锁的操作
- 线程执行同步代码块或同步方法时，程序调用Thread.sleep()、Thread.yield()方法暂停当前线程的执行。
- 线程执行同步代码块时，其他线程调用了该线程的suspend()方法将该线程挂起，该线程不会释放锁。应尽量避免使用suspend()和resume()来控制线程。
七、单例设计模式之懒汉式(线程安全)
使用同步机制将单例模式中的懒汉式改写为线程安全的
public class BankTest {
public static void main(String[] args) {
Bank bank1 = Bank.getInstance();
Bank bank2 = Bank.getInstance();
System.out.println(bank1 == bank2);
}
}
class Bank {
private Bank() {
}
private static Bank instance = null;
public static Bank getInstance() {
//方式一：效率稍差
// synchronized (Bank.class) {
// if (instance == null) {
// instance = new Bank();
// }
// return instance;
// }
//方式二：效率更高
if (instance == null) {
synchronized (Bank.class) {
if (instance == null) {
instance = new Bank();
}
}
}
return instance;
}
}
八、线程的死锁问题
- 死锁
①不同的线程分别占用对方需要的同步资源不放弃，都在等待对方放弃自己需要的同步资源，就形成了线程的死锁。
②出现死锁后，不会出现异常，不会出现提示，只是所有的线程都处于阻塞状态，无法继续。
代码示例
public class ThreadTest {
public static void main(String[] args) {
StringBuffer s1 = new StringBuffer();
StringBuffer s2 = new StringBuffer();
new Thread() {
@Override
public void run() {
synchronized (s1) {
s1.append("a");
s2.append("1");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s2) {
s1.append("b");
s2.append("2");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}.start();
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (s2) {
s1.append("c");
s2.append("3");
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
synchronized (s1) {
s1.append("d");
s2.append("4");
System.out.println(s1);
System.out.println(s2);
}
}
}
}).start();
}
}
九、解决线程安全问题的方式三：Lock(锁)
- 从JDK 5.0开始，Java提供了更强大的线程同步机制——通过显式定义同步锁对象来实现同步。同步锁使用Lock对象充当。
- java.util.concurrent.locks.Lock接口是控制多个线程对共享资源进行访问的工具。锁提供了对共享资源的独占访问，每次只能有一个线程对Lock对象加锁，线程开始访问共享资源之前应先获得Lock对象。
- ReentrantLock 类实现了 Lock ，它拥有与 synchronized 相同的并发性和内存语义，在实现线程安全的控制中，比较常用的是ReentrantLock，可以显式加锁、释放锁。
class A{
private final ReentrantLock lock = new ReenTrantLock();
public void m(){
lock.lock();
try{
//保证线程安全的代码;
}finally{
lock.unlock();
}
}
}
注意：如果同步代码有异常，要将unlock()写入finally语句块
代码示例
class Window implements Runnable {
private int ticket = 100;
//1.实例化ReentrantLock
private ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true);
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
//2.调用锁定方法：lock()
lock.lock();
if (ticket > 0) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":售票，票号为：" + ticket);
ticket--;
} else {
break;
}
} finally {
//3.调用解锁方法：unlock()
lock.unlock();
}
}
}
}
public class LockTest {
public static void main(String[] args) {
Window w = new Window();
Thread t1 = new Thread(w);
Thread t2 = new Thread(w);
Thread t3 = new Thread(w);
t1.setName("窗口1");
t2.setName("窗口2");
t3.setName("窗口3");
t1.start();
t2.start();
t3.start();
}
}
十、synchronized 与 Lock 的对比
- Lock是显式锁（手动开启和关闭锁，别忘记关闭锁），synchronized是隐式锁，出了作用域自动释放。
- Lock只有代码块锁，synchronized有代码块锁和方法锁。
- 使用Lock锁，JVM将花费较少的时间来调度线程，性能更好。并且具有更好的扩展性（提供更多的子类）
* 1.synchronized 与 Lock的异同？
* 相同点：二者都可以解决线程安全问题
* 不同点：
* 1）synchronized机制在执行完相应的同步代码以后，自动的释放同步监视器
* 2）Lock需要手动的启动同步（lock()），同时结束同步也需要手动的实现（unlock()）
* <p>
* 2.优先使用顺序：
* Lock() -> 同步代码块（已经进入方法体，分配了相应资源） -> 同步方法（在方法体之外）
十一、同步机制的练习
/**
* 银行有一个账户，有两个储户分别向账户存3000元，每次存1000，存3次。每次存完打印账户余额。
* <p>
* 分析：
* 1.是否是多线程问题？是，两个储户线程
* 2.是否有共享数据？有，账户（或账户余额）
* 3.是否有线程安全问题？有
* 4.需要考虑如何解决线程安全问题？同步机制：有三种方式
*/
class Account {
private double balance;
public Account(double balance) {
this.balance = balance;
}
//存钱
public synchronized void deposit(double amt) {
if (amt > 0) {
balance += amt;
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "存钱成功，余额为：" + balance);
}
}
}
class Customer extends Thread {
private Account acct;
public Customer(Account acct) {
this.acct = acct;
}
@Override
public void run() {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
acct.deposit(1000);
}
}
}
public class AccountTest {
public static void main(String[] args) {
Account acct = new Account(0);
Customer c1 = new Customer(acct);
Customer c2 = new Customer(acct);
c1.setName("甲");
c2.setName("乙");
c1.start();
c2.start();
}
}
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